wlan射频测试基本要点

关于测试， 我们从测试的硬件，软件设置，测试环境构建及测试项目来着重谈一下。

第一部分， 测试设置

WLAN芯片的DUT，常见的基本是单功能的测试板或者是终端设备。 终端设备的WLAN射频性能测试也一般都放在产品初期开发阶段实施，目的是为了降低不良率带来的成本损失。

单功能的测试板一般需要连接到电脑上的转接卡。一般可以向芯片原厂索取或购买。现在随着便携式电脑的兴起， 测试电脑用类似于树莓派的简易系统增多。笔者就曾见过有客户专门用Armadillo平台来搭建测试平台。操作系统常用的为linux系较多。 当然如果是基于windows系统（手机，电脑等）开发，用Win系统的也很常见。 关于硬件的设置，下面两点经常需要注意， 第一是电源及Reg开关的引线的设置，WLAN芯片一般都有模拟和数字部分的电压线，建议分布引出方便后面的电压测试。Reg开关比如你只需要测试WLAN的话，需要把Combo芯片里BT的Reg引线接地，避免不必要的漏电流产生。 第二是注意I/F部分的设置，比如PCIE的接口的话， 需要关注一下设置是不是支持sleep模式（L1SS等）。

除了硬件设置，在软件方面，我们也需要安装一些常用的工具比如测试吞吐速率（Tput）的Iperf，接入远程手机的teraterm或者putty等工具。还有一些常用编写测试程序的语言工具（C#，python，Perl等）也经常用的。

第二部分， 测试环境

根据笔者对802.11ac/n的测试经验， 下面是一些常用的测试仪器。

CMW270

R&S FSW/FSV （固件升级后可以现在可以支持11ac 160MHz模式）

LitepointIQXel系列 IQ2010等

Keysight N441x, N9x系列的Power meter

DC source N6705

Keysight的N4010 （只支持到11n）

N9030 (89601 option)

Reference router （厂商众多，不一一列举了）

上面是一个不完整列表， 比如我们还经常用到数字程序衰减器，debug时常用的示波器等。

第三部分， 测试项目

这也是此文要重点谈一下的部分。

接触过WLAN测试的朋友都知道，射频电流部分的测试，使用的固件由于芯片自身的ROM，RAM大小的限制不同于面向客户的固件。 一些测试用的命令，功能通常只在测试版固件中得到支持。 而一些系统性的项目比如Tput，IEEE PS电流等，常常用面向客户的固件来测。

1、发送端的测试:

根据IEEE 802.11标准，发送端常用的测试项目包括

Tx EVM, Power, Transmit Spectrum Mask（22.3.18.1VHT） , ramp-up/down 时间，IQimbalance, Tx frequency accuracy等。 接收端常测的项目包括 Rx Sensitivity(Rxper) , Receiver adjacent channel rejection (ACI), RSSI.此外我们还经常要测试LO leakage性能(22.3.18.4.2)。

除了上述射频性能， 后面也简单谈一下Tput和电流的测试。

现代WLAN芯片，一般来说Tx比Rx更难调试，调试测试往往从Tx端开始的居多。 这里有个前提先讨论一下， 很多芯片现在都是MIMO即2端口以后的居多。但是射频测试初期阶段我们往往先看单数据流(nss=1)模式的射频性能。根据经验， 一般开启多个数据流的情况下，射频性能也往往趋于变坏，各端口不仅芯片内外易受干扰，芯片温度的上升也会导致性能变差。 比如下面就是2x2的测试实例，1个链路ON(siso)和2个链路（CDD，STBC模式）的性能在high power处还是有微小区别的。

基本上11a/g/n/ac的low rate的功率不受EVM要求限制， high rate的功率往往受EVM要求限制。 一般来说我们需要对CCK, 11a/g的54Mbps, 11n的mcs7, 11ac的mcs8nss1, mcs9nss1的rate测试。对CCK/DSSS rate来说， 各家wlan芯片表现不经相同，有的是EVM限制power，有的则是spectrum mask限制power。 在边缘channel如channel1， 11，13则会受到FCC band-edge power mask的限制。11b rate又是2.4G beacon的默认rate，为了保持良好的接入率， 各家终端厂商及运营商对11b rate的power要求一般都很高。IEEE对11b rate的EVM规格，从1999年版， 到2007年版，然后又在2012年版里做了3次修改。 细心的朋友可以去翻一下IEEE规格， 对比一下各测试仪的手册，了解到底是用哪个版本做的测试。

对于11ac的high rate， 常常还会碰到EVM floor margin不够的问题，除了芯片自身及板子调试的问题后，测试工程师还需要检查测试仪器的设置， 比如channel estimation的设定会显著影响OFDM rate的EVM性能。关于EVM性能的调试， 涉及到芯片固件或者BOM的影响， 我们将在后面的WLAN 射频调试里另篇分析。

· Transmit spectrum mask及带内平坦性

IEEE 802.11 对各个band，各个带宽都做了详细定义。

如果你所购买的仪器里没有类似的mask定义， 可以向厂商索取文件。

前面已经谈到，low rate的最高power更多是受mask限制。所以常常要测11b的各rate， 11a/g的6Mbps~9Mbps, 11n的mcs0, 11ac的mcs0nss1 rate。

带内平坦度的话，特别要看一下edge channel的性能，一般来说芯片厂商也提供可调的nvram参数， 可以配合测试。 从芯片设计的角度来说， mask和EVM一般都存在折中的关系， 要想mask好， 带内filter cut-off提升， sub carrier的EVM性能受到影响。

2、接受端的测试。

· Rx PER

首先要测的就是接受灵敏度。 推荐在金属shield环境下用conduct连接测试。

前文已经谈到，low rate，legacy模式如CCK的1/2Mbps敏感度对有些客户来说，要求比较苛刻。 现代CMOS工艺往往不能满足低噪声要求， 一般会在外面接LNA。 我原先所在的公司的WLAN芯片， OFDM rate相对IEEE要求（见下图）， 一般有10dB的margin，可以来说问题都不大。 但是需要注意的是， 测试阶段最好花时间测一下所有的channel。 芯片的晶振，VCO干扰或者是数字部分的clock噪声都有可能落在某个channel里，产生的spur直接对灵敏度有杀伤性作用。

还有当然要看一下channel之间的性能差是不是和Tx的Power能相关起来， 如果反应的不是一样的频率特性， 则需要仔细检查一下了。

· RSSI（received signal strength indicator）

RSSI其实是反映系统的一个指标， 往往用customer 固件测试比较多。 但是在RF测试阶段，常常需要校正其值，使RSSI值在整个power 变化范围内误差小于4dB（weak/strong level是6dB）。另外根据设计不同， 比如你用外部LNA和内部LNA， 测出来的RSSI特性是不一样的，用外部LNA，可能需要校正power两头的RSSI。 RSSI值是被客户和芯片厂商用来直接作为系统控制引用的参数，认真的客户一般都会在终端上（含天线），测试over the air的RSSI值。 其值和吞吐率的RvR(Rate vs Range)是密切相关的。

3、接下来我们再谈一下LO leakage的测试。

LO leakage

推荐刚入门的朋友仔细读一下IEEE标准。 LO leakage的规格是独立出来单独定义的。看到OFDM输出的中心频带有LO的信号不必大惊小怪， 只要其不影响EVM性能就好。

4、最后我们再谈一下电流的测试。

电流的测试其实工程也挺浩大，主要包括IEEE定义的PM0， PM2模式及芯片的sleep模式，Tx，Rx等模式的电流。 随着Tput上升，遇到PCIE接口， 还有设计到PCIE sleep控制等。

下图是一例控制芯片从sleep模式恢复到wake up。 电流一般是数uA级别的值， 需要高精度的DC source。在实际情况中，运营商常常对手机WLAN模式电流也有一定的要求。 所以推荐使用客户固件来测试。

题外篇

WLAN的测试里面，最初让笔者感到困扰的是FCC及ETSI的Regulatory测试了。 关于这部分要写的话，最好是另起篇幅细述较好。 比如FCC的Band-edge测试，朋友们都知道么其实有2种测试方法，15.205的方法和15.247的方法。 当然这只是笔者写此文（2016年）时的情况， 将来可能会有变化。一般来说我们只用15.205方法就好。 15.205里面又有Bandedge average detection和bandedge peak detection两种。 Average看-41.3dBm的limit线， peak看-21.3dBmde 线。FCC的KDB文件（558074）对测试时频谱仪的具体设置（VBW，RBW，trace mode， Dectector选取等）有较详细的说明。偶尔，笔者也曾遇到过15.205测试通过的power level会在15.247(d)项目中fail.

小结

此文介绍了WLAN射频测试的一些主要项目。包括测试设置，接收发的项目。基本涵盖了初期需要了解的部分。限于篇幅限制，此文没有介绍工厂产品测试，里面会设计如何优化测试速度，以及在接受发送之间的switching控制。